보트, 요트에 연료전지를 사용한다면?

기계식 엔진 대체·이산화탄소 저감 위한 신엔진 개발 총력
선박의 경량화 및 공간 활용도 높일 수 있어
한국은 계획 전무…타 분야 연료전지 기술 응용하면 기간 단축 가능

이산화탄소 절감을 통한 녹색산업 경쟁이 치열한 가운데 기계식 엔진을 대체하기 위한 친환경 신형 엔진 개발 노력이 가속화하고 있다.

특히 새로운 엔진 후보로 연료전지 개발에 중점을 두고 있다.

연료전지란 천연가스·메탄올 등 연료 산화 과정에서 발생되는 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환시키는 장치로 공해물질 배출이 거의 없어 친환경 기술로 꼽힌다. 석유 외에 다양한 연료를 사용할 수 있기 때문에 자원고갈 문제도 덜 수 있다.

전지 내에 사용되는 전해질 종류를 기준으로 고분자전해질형(PEMFC)·직접메탄올형(DMFC)·인산형(PAFC)·알칼리형(AFC)·용융탄산염형(MCFC)·고체산화물형(SOFC) 등으로 나뉜다. 전해질 특성에 따라 작동온도에 차이가 있으며 사용되는 분야가 조금씩 다르다.

연료전지가 선박 엔진에 높은 가능성을 두는 첫 번째 이유는 이산화탄소를 획기적으로 줄일 수 있다는 것이다.

선박에서 이산화탄소를 줄이는 방법으로는 ▲태양광 발전 2% ▲풍력 4% ▲선내수요 전력 저감 2% ▲풍압 저항의 저감 1% ▲추진 효율의 향상 5% ▲최적 선형 개발 2% ▲연료전지 32% ▲마찰저항 저감 10% ▲선체중량의 저감 9% ▲초전도 전선사용 2% 등으로 연료전지를 적용하는 게 가장 큰 효과를 볼 수 있다.

연료전지를 사용하면 같은 크기의 선박에서 공간 활용도를 극대화하고 선박 무게도 줄일 수 있다.

발전기 전력을 사용하는 전기추진시스템은 기계식 추진시스템과 비교해 발전기의 원동기로서 디젤기관을 여전히 사용하고, 기계식 추진시스템의 장치 및 장비를 대부분 사용하며 단지 장치 및 장비의 용량과 개수에 있어서 다소 적을 뿐이라는 제한적인 효과만 거둘 수 있다.

반면 연료전지 전력을 사용하는 전기추진 시스템은 발전기 대신 연료전지를 통해 추진 및 선내 전력을 공급하기 때문에 발전기에 필요한 원동기인 디젤기관이 필요없다. 또한 디젤기관이 필요 없으므로 보일러, 공기압축기, 유청정기, 청수냉각기, 유분리기, 각종 펌프 및 전동기 등 장치 및 보조기계 다수를 설치할 필요가 없다.

이를 통해 기관실에 설치되는 각종 장치 및 장비를 최소화할 수 있으며, 기관실 용적이 감소해 선내 공간 활용도가 높아지고 프로펠러를 회전시키는 추진축 길이가 줄어들기 때문에 에너지 낭비도 줄일 수 있다.

또한 연료전지는 크기를 다양화 할 수 있어 소형 고무보트는 물론 초대형 선박까지 활용할 수 있다.

이 같은 장점에 따라 외국의 경우 다양한 선박용 연료전지 시스템 연구 개발이 진행중이다.

해수면이 높은 네덜란드는 보트(선박)에 대한 의존도가 높아 보트용 연료전지를 개발해 시험 운행을 하고 있으며, 스위스는 소형 여객선 및 레저 보트용 연료전지을 개발 추진중이다.

아이슬랜드는 어선 동력용 연료전지 채용 사업을, 이탈리아는 선박용 연료전지와 축전지를 결합한 하이브리드 소형 여객선을 개발하고 있다.

한국의 경우 현재로서는 중·대형 선박용 연료전지뿐만 아니라 해양레저 보트용 연료전지 시스템 개발이 전무한 상태다.

업계 관계자는 “아직 선박용 연료전지 개발 노력은 미비하지만 타 분야에서의 연료전지 관련기술을 적절히 채용한다면 비용 효율을 극대화하고 개발기간도 단축할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

우리나라는 현재 정부의 지원으로 가정용(GS 퓨얼셀), 자동차용(현대자동차), 발전용(포스코파워)등에서 활발히 연구·개발 및 실증사업이 진행 중이다.

채명석 기자 oricms@asiae.co.kr